JP2009217252A - 撮像装置及び焦点制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特定の被写体パターンを的確に検出することにより、特定の被写体パターンが焦点検出処理に与える影響を抑えること。
【解決手段】 複数の画素から成り、少なくともその一部が、レンズ（１０１）の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子（１０４）と、焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する焦点検出部（１０８）と、被写体が所定パターンに該当するかどうかを判定する空間周波数検出部（１０９）と、検出されたデフォーカス量に基づいて、合焦状態となるようにレンズを駆動するフォーカス制御部（１０２、１１５）とを有し、空間周波数検出部は、焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が所定パターンに該当するかどうかを判定し、該判定結果に基づいてフォーカス制御を変える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被写体を撮像する撮像装置及び焦点制御方法であって、特に、撮像センサの出力信号に基づいて焦点調節を行う撮像装置及び焦点制御方法に関する。

近年銀塩フィルムを使ったカメラに代わり、コンパクトデジタルカメラや一眼レフデジタルカメラが主流になってきている。

銀塩フィルムの頃はフォーカス調整を自動で行うためにオートフォーカス（以後ＡＦという）専用のセンサが配置されており、三角測量方式による位相差ＡＦを行っていた。

しかしデジタル化に伴い、コンパクトデジタルカメラにおいては、ビデオカメラと同様にフォーカスレンズを駆動しながら最も画像がシャープになるフォーカスレンズ位置をサーチするコントラストＡＦを行うものがある。これにより、従来のＡＦ専用センサの廃止によるコストダウン、光学ファインダーとのパララックス解消あるいは望遠レンズ使用時のＡＦ性能向上が可能となった。

撮像面でＡＦを行う方法として、図１０に示す構造を有する撮像素子を用いる方法がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、ひとつのマイクロレンズＦｎに対して一対の画素ａｎ、ｂｎを配置し、このような画素対を複数含む画素列を形成する。これにより、撮影レンズの異なる領域を通過する物体からの光束が画素対上に導光されるため、画素対からそれぞれ得られる物体像の画像信号の相対的な位置関係から、焦点状態を検出することができる。しかしながら通常の画素１３のピッチに対して、画素ａｎ、ｂｎは１／２ピッチで構成しており、高画素化が主流の撮像センサにおいては、通常、画素を極力小さくしているため、１／２ピッチで画素を構成することは現実的ではない。

また、被写体を撮像する撮像装置における撮像センサの一部画素について、光学特性を他の画素と異ならせ、得られた信号を焦点検出に用いることで、焦点検出のための２次光学系を不要とする撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２によれば、撮像センサの画素の一部に焦点検出に用いる１対の画素（以下「焦点検出用画素」と呼ぶ。）を少なくとも１組配置する。図１１は、特定の行に焦点検出用画素を含む、撮像センサの画素配置を示す。図１１において、Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが光線入射面に配置された画素であることを示す。Ｓ１およびＳ２は焦点検出用の焦点検出用画素であり、それぞれ光学特性が異なる。

焦点検出用画素Ｓ１の構造を図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）において、焦点検出用画素Ｓ１は、最上部にマイクロレンズ５０１が構成される。５０２はマイクロレンズを形成するための平面を構成するための平滑層である。５０３は、画素の光電変換エリアの中心部から一方に偏った（偏心した）開口部を有する遮光層である。遮光層５０３は、入射光線を絞る絞りの効果を有する。５０４は、光電変換素子である。

焦点検出用画素Ｓ２の構造を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）において、図１２（ａ）と異なる点は、遮光層６０３の開口部が、焦点検出用画素Ｓ１の遮光層５０３の開口部に対して、光軸中心を挟み対称の位置に設けられている点である。

図１１において、焦点検出用画素Ｓ１を含む行と焦点検出用画素Ｓ２を含む行は、画素数が多くなるにつれて近似の像を結ぶようになる。ピントが合っているならば、焦点検出用画素Ｓ１を含む行の像信号と焦点検出用画素Ｓ２を含む行の像信号はほぼ一致する。もし、ピントがずれているならば、焦点検出用画素Ｓ１を含む行の像信号と焦点検出用画素Ｓ２を含む行の像信号には位相差が生じる。ピントがカメラの前方にずれている場合とカメラの後方にずれている場合とで、位相のずれ方向が逆になる。焦点検出用画素Ｓ１から撮像光学系を見た場合と、焦点検出用画素Ｓ２から撮像光学系を見た場合とでは、あたかも光学中心に対して瞳が対称に分割したように見える。

図１３はピントずれによる像の位相ずれを説明するための模式図である。図１３において、図１１に示す焦点検出用画素Ｓ１とＳ２を概念的に１列で表し、焦点検出用画素Ｓ１をＡ、焦点検出用画素Ｓ２をＢの点で示している。なお判りやすくするため、撮像のためのＲＧＢ各画素の図示を省略して、あたかも焦点検出用画素Ｓ１及びＳ２のみが並んでいるように示している。

被写体の特定点からの光は、Ａに対応する瞳を通って該当のＡに入る光線束（ΦＬａ）と、Ｂに対応する瞳を通って該当のＢに入る光線束（ΦＬｂ）に分けられる。この２つの光束は、同じ１点からのものなので、撮像光学系のピントが撮像センサ面上にあれば、同一マイクロレンズで括られる１点に到達する（図１３（ａ））。しかし、例えば距離ｘだけ手前にピントが合っている場合、光線の入射角の変化に対応する距離だけ互いにずれる（図１３（ｂ））。また、距離ｘだけ奥にピントが合っている場合、逆方向にずれる。

したがって、Ａの並びでできる像信号とＢの並びでできる像信号は、撮像光学系のピントが合っていれば一致し、そうでなければずれる。

特許文献２に記載の撮像装置では、上述の原理に基づいて、焦点検出が行われている。

上述したように、特許文献２に開示された撮像装置では、ＡＦ用の一対の焦点検出用画素を２つの画素に割り当てている。そのため、焦点検出用画素は通常画素と回路レイアウトが同じで、開口を制限するだけで済むため、製造プロセス上も容易に、また、通常画素の画像性能に影響を与えることなく構成できる。しかしながら、位相差ＡＦに用いる像信号は同一の被写体像であることが理想であるが、図１０に示す構成では厳密には垂直方向に２画素ずれており、被写体によっては焦点検出誤差となる可能性がある。

また、撮像センサで標本化したデジタル画像を得るわけであるが、通常画素においては標本化周波数を超える空間周波数で撮像面に結像しないように光学ローパスフィルターが配置されており、モアレの発生を抑えている。

特開平１−２１６３０６号公報 特許第３５９２１４７号

しかし、焦点検出用画素周りで通常画素が減ることにより、光学ローパスフィルターの効果が少なくなり、モアレの発生する可能性がある。

焦点検出用画素は位相差ＡＦを行うために検出方向に沿って配置する必要があるが、密に並べてしまうと画像に線状の痕跡が見える可能性がある。その対策として、離散的に焦点検出用画素を配置することが考えられるが、その場合には、焦点検出用画素の標本化周波数が低くなるために高周波の折り返しが発生しやすくなり、フォーカスの誤差につながると考えられる。

また、一般に位相差ＡＦの弱点に繰り返しパターンがある。これは一対の像信号の相関を取ったときに一致する位相が、複数箇所で発生し誤焦点検出するものであり、特許文献２の構成であっても同様である。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、特定の被写体パターンを的確に検出することにより、特定の被写体パターンが焦点検出処理に与える影響を抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する検出部と、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定部と、前記検出部により検出されたデフォーカス量に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部とを有し、前記判定部は、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定し、該判定結果に基づいてフォーカス制御を変える。

また、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における本発明の焦点制御方法は、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定工程と、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号を用いてデフォーカス量を検出するする検出工程と、前記検出工程で検出されたデフォーカス量に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御工程とを有し、前記判定工程では、焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定し、該判定結果に基づいてフォーカス制御を変える。

また、別の構成によれば、本発明の撮像装置は、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する検出部と、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するかどうかを判定する判定部と、前記判定部により、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記検出部に、前記結像光学系を前ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出させると共に、前記結像光学系を後ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出させ、これらの得られたデフォーカス量に基づいて、前記結像光学系を駆動するように制御する制御部とを有する。

また、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における本発明の焦点制御方法は、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出工程と、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するかどうかを判定する判定工程と、前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記結像光学系を前ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出すると共に、前記結像光学系を後ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出する第２の検出工程と、前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有さないと判断した場合に、前記第１の検出工程で得られたデフォーカス量に基づいて前記結像光学系を駆動し、前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記第２の検出工程で得られたデフォーカス量に基づいて前記結像光学系を駆動するように制御する制御工程とを有する。

更に別の構成によれば、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出部と、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定部と、前記判定部により前記被写体が前記所定パターンに該当すると判断した場合に、前記複数の焦点検出用画素対以外の画素から出力される信号のコントラスト評価値を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部により検出されたデフォーカス量または前記第２の検出部により検出されたコントラスト評価値に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部とを有する。

また、複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における本発明の焦点制御方法は、焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出工程と、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定工程と、前記判定工程で前記被写体が前記所定パターンに該当すると判断した場合に、前記複数の焦点検出用画素対以外の画素から出力される信号のコントラスト評価値を検出する第２の検出工程と、前記第１の検出部により検出されたデフォーカス量または前記第２の検出部により検出されたコントラスト評価値に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部とを有する。

本発明によれば、特定の被写体パターンを的確に検出することにより、特定の被写体パターンが焦点検出処理に与える影響を抑えることができる。

本発明の好適な実施の形態に係る撮像装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像装置の画素配列を示す図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像装置における焦点調節動作を示すフローチャートを示す図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る、周期性パターンが焦点調節に与える影響を説明するためのタイミング図である。 本発明の好適な第１の実施形態の変形例に係る撮像装置の画素配列を示す図である。 本発明の好適な第１の実施形態の変形例に係る、細線が焦点調節に与える影響を説明するためのタイミング図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像装置における焦点調節動作を示すフローチャートを示す図である。 本発明の公的な第２の実施形態に係る高周波被写体の場合のフォーカス制御を示す図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像装置における焦点調節動作を示すフローチャートを示す図である。 従来の撮像装置の画素配列を示す図である。 従来の焦点検出用画素を含む撮像センサの画素配列を示す図である。 焦点検出用画素の構造図である。 ピントずれによる像の位相ずれを説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る撮像装置の全体構成の一例を示すブロック図である。

図１において、撮像装置１００は、被写体を結像する結像光学系としてのレンズ１０１と、レンズ１０１の焦点位置を制御するレンズ制御部１０２と、入射光量を調節する絞り１０３とを備える。更に、撮像装置１００は、ＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤから成る撮像素子１０４を備える。

撮像素子１０４は、ＲＧＢ各カラーフィルタが受光面上に設けられた、撮像用の像信号の取得に用いられる画素（以下「撮像用画素」と呼ぶ。）から成る撮像画素群１０５を備える。更に、撮像素子１０４は、互いに光学構成が光軸について対称に構成された焦点検出に用いられる対の画素（以下「焦点検出用画素」と呼ぶ。）が、複数組ずつ複数の焦点検出領域に配置された、複数の焦点検出画素群１０６を備える。更に、撮像素子１０４は、焦点検出画素群１０６の各焦点検出用画素対に対して、瞳が対称に分割された異なる瞳領域を通過した光線が入射するよう入射光線を制限する瞳分割光学系１０７から成る。

図２に、複数の焦点検出画素群１０６の内の１つを含む、撮像素子１０４の画素配列の一部を示す。撮像素子１０４には、図２に示すような焦点検出画素群１０６を含む画素配列が、複数箇所に分散して配置されている。

基本はベイヤー配列のカラーフィルタになっており、Ｒが赤、Ｇが緑、Ｂが青を示している。ここでカラーフィルタの配列はベイヤー配列でなくても本発明の効果は変わらない。行をＬ１〜Ｌ１０、列をＣ１〜Ｃ１８で示しており、異なる瞳領域に対応する焦点検出用画素をＳ１、Ｓ２で示している。焦点検出用画素Ｓ１は行Ｌ５の偶数列に、焦点検出用画素Ｓ２は行Ｌ６の奇数列に配置している。焦点検出用画素Ｓ１とＳ２で焦点検出画素群１０６を構成している。焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２のカラーフィルタは同色にする必要があり、透明またはＧが望ましい。

なお、焦点検出用画素Ｓ１は図１２（ａ）に示す構成を有し、焦点検出用画素Ｓ２は図１２（ｂ）に示す構成を有する。なお、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は「背景技術」（Description of the Related Art）で説明しているので、ここでは説明を省略する。

更に、撮像装置１００は、焦点検出画素群１０６における互いに光学構成が光軸対称に構成された２種類の焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２からそれぞれ出力される画像信号間の像ずれ量を相関演算で求め、焦点を検出する焦点検出部１０８を備える。焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２は、遮光層５０３、６０３により視野が制限されている。更に、撮像装置１００は、空間周波数検出部１０９（判定部）の出力に応じて、焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の位置に相当する画像形成用の画像データを焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の近傍の撮像用画素から補間する画素補間部１１０を備える。

更に、撮像装置１００は、撮像画素群１０５から出力される像信号にガンマ補正、ホワイトバランス調整、リサンプリング、所定の画像圧縮符号化を行う画像処理部１１１を備える。更に、撮像装置１００は、画像処理部１１１から出力された画像データを表示する表示部１１２と、記録する記録部１１３を備える。更に、撮像装置１００は、操作者の操作入力を受け付ける操作部１１４と、撮像装置１００全体を制御するカメラ制御部１１５とを備える。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る上記構成を有する撮像装置１００における焦点調節動作（焦点制御方法）を表したフローチャートである。

フォーカス制御命令が来ると処理が開始され、ステップＳ１１では焦点検出用画素周辺にある、焦点検出用画素対以外の撮像用画素からの信号を取り込む。焦点検出用画素は図２の行Ｌ５のＣ１８を除く偶数列にある焦点検出用画素Ｓ１と行Ｌ６にあるＣ１を除く奇数列の焦点検出用画素Ｓ２である。周辺の撮像用画素は行Ｌ４および行Ｌ７の画素である。また、行Ｌ５のＧや行Ｌ６のＧも周辺の撮像用画素に含まれる。

ステップＳ１２ではステップＳ１１で取り込んだ撮像用画素から出力された像信号が特殊なパターン（所定パターン）であるか判定し、判定結果が特殊なパターンであればステップＳ１３に進み、そうでなければステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４ではステップＳ１１で説明した焦点検出用画素Ｓ１と焦点検出用画素Ｓ２から信号を取り込む。

ステップＳ１５では相関演算を行い、デフォーカス量を求める。デフォーカス量を検出するための相関演算に使われる焦点検出領域としてはデフォーカスが大きいほど広い領域が必要であるが、実際に相関を行う領域は遠近競合などによる誤検出を避けるために狭い領域で行われる。

ステップＳ１６ではステップＳ１５で求めたデフォーカス量に応じて図１のレンズ制御部１０２（フォーカス制御部）により合焦状態となるようにレンズ１０１の焦点位置を制御して、焦点調節処理を終了する。

一方、ステップＳ１３は撮像用画素から出力された像信号から特定パターンがステップＳ１２で検出された場合の処理である。たとえば、焦点検出領域の長手方向について周期性のあるパターンは、原理的に相関演算において偽のデフォーカス量が出力されることがある。また細線パターンの場合は焦点検出用画素がＧ画素を挟んで離散的であること、及び、焦点検出用画素Ｓ１とＳ２の位置厳密には一致していないために誤差を含むことがある。そのためステップＳ１２では、焦点検出処理に影響を与えてしまうような特定パターンを検出する。

ここで図４を使って、周期性パターンにより偽のデフォーカス量が得られる原理を説明する。

焦点検出用画素の近傍の撮像用画素の出力は、点線で示す画素単位で変化しており、周期性がある被写体がデフォーカスしている場合の像信号を示している。焦点検出用画素Ｓ１からＳ１光束で示すような像信号が得られる。Ｓ１信号は実際に相関演算を行う焦点検出領域内にある焦点検出用画素の信号を抜き出したものである。焦点検出用画素Ｓ２からＳ２光束で示すような像信号が得られ、Ｓ２信号は実際に相関演算を行う焦点検出領域内にある焦点検出用画素の信号を抜き出したものである。

図４に示すように、Ｓ１光束およびＳ２光束はオフセットしているが、これは図１３（ｂ）で説明した理由による。Ｓ１光束とＳ２光束は瞳が小さいので被写界深度が深くなり、シャープな像となる。またピークの位置は、図１３で説明したようにずれることになる。フォーカスが合うと各々のピークは重なることになる。

相関に使う演算領域の広さにもよるが、Ｓ１信号とＳ２信号を見るとＳ１信号では山はｂとｃがあり、Ｓ２信号では山はｂ’ひとつである。すると、本来Ｓ２信号を左にシフトしてｂと重なるのが正しいが、右にシフトしてｃと重なっても同様の相関が出てしまい、間違ったデフォーカス量が得られることになる。

そこで、ステップＳ１３では、繰り返しパターンや細線パターンなどの特定パターンが検出された場合には、焦点検出の設定を変更して、焦点調節処理をやり直すためにステップＳ１１に戻る。なお、ステップＳ１３で行われる焦点検出の設定の変更とは、以下のような方法を含む。先ず、異なる位置に配置された複数の焦点検出画素群１０６の内、繰り返しパターンであると判定された焦点検出画素群１０６は用いずに、それ以外の焦点検出画素群１０６から得られる焦点検出信号を用いるように設定を変更する。また、本願出願人の先願である特開２０００−２６６９９３に記載されている方法を用いても良い。

上記の通り本第１の実施形態によれば、焦点検出画素群１０６の周辺にある撮像用画素から得られる像信号に基づいて、その焦点検出画素群１０６に結像する被写体像が焦点検出に適さない特定の被写体パターンであるかどうかを判断する。特定の被写体パターンの判断のために読み出す撮像用画素は焦点検出用画素の周辺の画素のみであるため、特定の被写体パターンを迅速かつ的確に検出することができ、特定の被写体パターンが焦点検出処理に与える影響を抑えることができる。

＜変形例＞
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。

焦点検出用画素Ｓ１及びＳ２は撮像用画素としての機能が無いために、焦点検出用画素Ｓ１及びＳ２に対応する画像の箇所で画像データが欠損していることになる。そこで本変形例では、画像への影響を少なくするために、図２に示す配列の代わりに、図５に示すように撮像素子１０４上の水平方向及び垂直方向に離散的に焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２を配置している。なお、本変形例における焦点調節動作は、上記第１の実施形態において図３を参照して説明した手順と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図５に示すような画素の配置にすると、画像への影響を少なくできる一方、サンプリングピッチが広くなるため、焦点検出処理時に特に細線の影響が出やすくなってしまう。

図６に細線が３本ある被写体のときに焦点検出用画素Ｓ１及びＳ２から得られる像信号の一例を示す。図６に示す例では、画素位置ｐ１、ｐ４、ｐ７、ｐ１０、ｐ１３に焦点検出用画素Ｓ１及びＳ２が配置されているため、Ｓ１光束及びＳ２光束の細線に対応する光を検出することができない。そのためＳ１信号では山ａとｂが検出されず、Ｓ２信号では山ｂ’とｃ’が検出されていない。そのため、相関演算を行うと、山ｂと山ａ’が合致した位相で相関が最大となり、間違ったデフォーカス結果が得られてしまう。

従って本変形例では、焦点検出画素群１０６の周辺にある撮像用画素からの像信号を用いて、その焦点検出画素群１０６に結像する被写体像が、細線などの焦点調節に適さない特定の被写体パターン（所定パターン）であるかどうかを判断する。特定の被写体パターンの判断のために読み出す撮像用画素は焦点検出用画素の周辺の画素のみであるため、特定の被写体パターンを迅速かつ的確に検出することができ、特定の被写体パターンが焦点検出処理に与える影響を抑えることができる。

また、本変形例では図５に示すように撮像素子１０４の中に焦点検出用画素を離散的に混在させているため、図２に示す構成と異なり全面に配置することが可能となっている。この図５に示す構成により、細線などの特定の被写体パターンを検出した場合に、該パターンを検出していない焦点検出用画素からの信号を用いるように、より自由に焦点検出領域を変更することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の好適な第２の実施形態に係る撮像装置における焦点調節動作を表したフローチャートである。なお、本第２の実施形態においては、撮像装置は図１に示す構成を有し、撮像素子１０４は図５に示す画素配列を有するものとする。本第２の実施形態では、離散的に配置された焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の周期よりも高い空間周波数をもつ被写体においてサンプリングエラーによる間違ったデフォーカス量が得られないようにするものである。

ステップＳ９１では焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２から信号を取り込む。ステップＳ９２ではステップＳ９１で取り込んだ信号の相関演算を行い、ステップＳ９３でレンズ１０１に含まれるフォーカスレンズの駆動を行う。次にステップＳ９４で相関演算に用いた信号を出力した焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の周辺にある、焦点検出用画素対以外の撮像用画素から像信号を取り込む。ステップＳ９５で、ステップＳ９４で取り込んだ像信号に基づいて被写体の空間周波数が高周波成分かどうかを判定し、判定結果が高周波周波数であればステップＳ９６に進み、そうでなければ焦点調節動作を終了する。

ステップＳ９６では現在のフォーカスレンズ位置（焦点位置）から前ピン方向に所定量、フォーカスレンズを駆動する。

ステップＳ９７で焦点検出用画素から信号を取り込み、ステップＳ９８で相関演算を行ってデフォーカス量を記憶する。

次にステップＳ９９ではステップＳ９６とは逆方向に後ピンとなるようにフォーカスレンズの駆動を行う。

ステップＳ１００で焦点検出用画素から信号を取り込み、ステップＳ１０１で相関演算を行ってデフォーカス量を記録する。

ステップＳ１０２ではステップＳ９８で記録したデフォーカス量とステップＳ１０１で記録したデフォーカス量を使って補間演算を行い、高周波成分に影響を受けないデフォーカス量に基づいて、ステップＳ１０３で合焦状態となるようにレンズ１０１を駆動する。

図８は、上記ステップＳ９６からＳ１０３で行う技術的意義を説明する図である。図８において横軸は実際のデフォーカス量で未知の値である。縦軸はステップＳ９８、Ｓ１０１で計算されたデフォーカス量（以下、検出デフォーカス量）で既知の値である。

理想的な状態においては、実際のデフォーカス量と検出デフォーカス量とは一致する。これを図８中では傾き１の破線ａで示した。しかし、実際に検出されるデフォーカス量は実線ｂで示したように非線形であり傾き１からずれてしまう。さらに、焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の周期よりも高い空間周波数をもつ被写体の場合、図８に示す原点付近Ａでは、ピントが合うためにデフォーカス量が不正確なものになる。

そこで、本実施の形態では、当該不正確なデフォーカス量が計算されてしまう原点付近の検出を避けるために、次のようにする。すなわち、ステップＳ９６において前ピン方向にフォーカスレンズを移動させて、異なるフォーカスレンズの位置で複数回焦点検出用画素から信号を取り込む（ステップＳ９７）。一方で、ステップＳ９９において後ピン方向にフォーカスレンズを移動させて、異なるフォーカスレンズの位置で焦点検出用画素から信号を取り込む（ステップＳ１００）。

そして、ステップＳ１０２で図８に記載があるように実線ｂを破線ａに近づけるよう補間演算を行う。その上で、デフォーカス量を算出してフォーカスレンズを移動させる（Ｓ１０３）。

前後にデフォーカスさせてデフォーカス量を求めるのは、デフォーカスによって撮像素子１０４の焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２に入射する被写体光のコントラストを低くすると共に、位相を変化させる為である。

このフローチャートではデフォーカス量を変えて前後複数点で焦点検出用画素から信号を取り込むことで、離散的にある焦点検出用画素でも被写体像全体をサンプリングできることになる。前後１点でも行うことができる。

＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の好適な第３の実施形態に係る撮像装置における焦点調節動作を表したフローチャート図である。なお、本第２の実施形態においては、撮像装置は図１に示す構成を有し、撮像素子１０４は図２または図５に示す画素配列を有するものとする。

第１の実施形態及びその変形例で説明した例では、繰り返しパターンや細線パターンなどの特定パターンが検出された場合には、焦点検出処理に用いる焦点検出領域を変更していた。これに対し、図９に示す処理では、細線パターンなどの特定パターンが検出された場合（ステップＳ１６２でＹＥＳ）、焦点検出用画素を用いて位相差ＡＦを行う代わりに、ステップＳ１６３においてコントラストＡＦを行う。従って、本第３の実施形態の焦点検出部１０８は、焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２から得られる像信号の位相差に基づいてデフォーカス量を求める第１の検出部と、撮像用画素から得られる画像信号のコントラスト評価値を求める第２の検出部との役割を担うことになる。コントラストＡＦでは、求めたコントラスト評価値に基づいて、最もコントラストが高くなる位置にフォーカスレンズの位置を制御する。

このように制御することにより、特定の被写体パターンとして細線が検出された場合に、焦点検出処理に与える影響を抑えることができる。

１００ 撮像装置
１０１ レンズ
１０２ レンズ制御部
１０３ 絞り
１０４ 撮像素子
１０５ 撮像画素群
１０６ 焦点検出画素群
１０７ 瞳分割光学系
１０８ 焦点検出部
１０９ 空間周波数検出部
１１０ 画素補間部
１１１ 画像処理部
１１２ 表示部
１１３ 記録部
１１４ 操作部
１１５ カメラ制御部

Claims (10)

1. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、
   焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する検出部と、
   被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定部と、
   前記検出部により検出されたデフォーカス量に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部とを有し、
   前記判定部は、前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定し、該判定結果に基づいてフォーカス制御を変えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記判定部により前記被写体が前記所定パターンに該当すると判断した場合に、前記検出部は、異なる焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号を用いてデフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記所定パターンは、前記焦点検出領域の長手方向について周期性があるパターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記所定パターンは、前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するパターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、
   焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する検出部と、
   前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するかどうかを判定する判定部と、
   前記判定部により、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記検出部に、前記結像光学系を前ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出させると共に、前記結像光学系を後ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出させ、これらの得られたデフォーカス量に基づいて、前記結像光学系を駆動するように制御する制御部と
   を有することを特徴とする撮像装置。
6. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子と、
   焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出部と、
   前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定部と、
   前記判定部により前記被写体が前記所定パターンに該当すると判断した場合に、前記複数の焦点検出用画素対以外の画素から出力される信号のコントラスト評価値を検出する第２の検出部と、
   前記第１の検出部により検出されたデフォーカス量または前記第２の検出部により検出されたコントラスト評価値に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部と
   を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記所定パターンは、前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するパターンであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における焦点制御方法であって、
   焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する検出工程と、
   被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定工程と、
   前記検出工程で検出されたデフォーカス量に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御工程とを有し、
   前記判定工程では、焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定し、該判定結果に基づいてフォーカス制御を変えることを特徴とする焦点制御方法。
9. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における焦点制御方法であって、
   焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出工程と、
   前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が前記焦点検出用画素対のサンプリングピッチより高い空間周波数を有するかどうかを判定する判定工程と、
   前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記結像光学系を前ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出すると共に、前記結像光学系を後ピン方向に駆動した状態でデフォーカス量を検出する第２の検出工程と、
   前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有さないと判断した場合に、前記第１の検出工程で得られたデフォーカス量に基づいて前記結像光学系を駆動し、前記判定工程で、前記被写体が前記サンプリングピッチより高い空間周波数を有すると判断した場合に、前記第２の検出工程で得られたデフォーカス量に基づいて前記結像光学系を駆動するように制御する制御工程と
   を有することをを特徴とする焦点制御方法。
10. 複数の画素から成り、少なくともその一部が、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する、複数の焦点検出用画素対を含む撮像素子を有する撮像装置における焦点制御方法であって、
    焦点検出領域内にある前記複数の焦点検出用画素対から出力された信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を検出する第１の検出工程と、
    前記焦点検出領域内の前記複数の焦点検出用画素対の周辺にある、該焦点検出用画素対以外の画素から出力された信号に基づいて、被写体が予め決められた所定パターンに該当するかどうかを判定する判定工程と、
    前記判定工程で前記被写体が前記所定パターンに該当すると判断した場合に、前記複数の焦点検出用画素対以外の画素から出力される信号のコントラスト評価値を検出する第２の検出工程と、
    前記第１の検出部により検出されたデフォーカス量または前記第２の検出部により検出されたコントラスト評価値に基づいて、合焦状態となるように前記結像光学系を駆動するフォーカス制御部と
    を有することを特徴とする焦点制御方法。

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